Песни родителей подготовили к жаре еще невылупившихся птенцов

Ученым известно, что взрослые зебровые амадины в засушливых регионах издают особые высокочастотные звуки при экстремальной жаре. Предыдущие наблюдения показали: если зародыши внутри яйца слышат эти крики, после вылупления они легче переносят высокие температуры. Оставалось непонятным, как именно акустический сигнал превращается в физиологическую защиту мозга. Главная гипотеза предполагала, что звук включает нейроэндокринную систему и заранее меняет выработку гормонов стресса.

Авторы исследования, опубликованного в издании Journal of Experimental Biology, проверили эту гипотезу. Они изолировали яйца амадин в искусственных инкубаторах со стабильной температурой 37,5 градуса Цельсия. Ученые полностью исключили климатический перегрев и контакт с родителями. С 10-го по 13-й день инкубации одной группе яиц через динамики включали записи «криков о жаре», а контрольной группе — обычные повседневные звуки птиц.

На 14-й день, за сутки до вылупления, биологи извлекли у зародышей гипоталамус — отдел мозга, который интегрирует сигналы среды и управляет терморегуляцией. Исследователи секвенировали матричную РНК из тканей и проанализировали, какие гены изменили активность в ответ на звук и в каких типах клеток это произошло.

Гормональная гипотеза не подтвердилась. Гены, управляющие гормонами стресса (например, рецепторы глюкокортикоидов), почти не отреагировали на акустический сигнал. Вместо этого родительские крики целенаправленно подавили активность 48 генов, отвечающих за сокращение гладкой мускулатуры и жесткость клеточного скелета. Сильнее всего снизилась активность гена TPM1, который регулирует мышечные сокращения.

Анализ показал, что генетические изменения затронули не нейроны, а клетки сосудов мозга: эндотелиальные, гладкомышечные и эпендимальные. Именно они формируют гематоэнцефалический барьер и управляют мозговым кровотоком. Под воздействием звука клетки зародыша начали синтезировать другие версии белков (изоформы) — клеточный механизм сплайсинга вырезал альтернативные участки из матричной РНК.

В результате сосуды гипоталамуса стали менее жесткими и более пластичными. Биологи отметили, что при реальной жаре усиленный приток крови может повредить капилляры, а ослабление клеточного скелета позволяет барьеру мозга безопасно расширяться, предотвращая отек и воспаление.

Дополнительно исследователи выяснили, что базовая генетическая активность в гипоталамусе самцов и самок амадин кардинально различается еще внутри яйца. На половые различия пришлось 48% всей вариативности в экспрессии генов. Авторы работы впервые доказали этот факт для певчих птиц на эмбриональной стадии.

Исследование показало, как сенсорная информация от родителей способна программировать развитие кровеносной системы потомства. Этот механизм позволяет птицам адаптировать детенышей к экстремальным погодным условиям до их рождения, решая проблему выживания без участия долгих генетических мутаций.